Hvala vam što ste posjetili Nature.com.Koristite verziju pretraživača sa ograničenom podrškom za CSS.Za najbolje iskustvo, preporučujemo da koristite ažurirani pretraživač (ili onemogućite način kompatibilnosti u Internet Exploreru).Osim toga, kako bismo osigurali stalnu podršku, prikazujemo stranicu bez stilova i JavaScripta.
Prikazuje vrtuljak od tri slajda odjednom.Koristite dugmad Prethodno i Sljedeće da se krećete kroz tri slajda odjednom ili koristite dugmad klizača na kraju da se krećete kroz tri slajda odjednom.
Sistemi kućnog grijanja i hlađenja često koriste kapilarne uređaje.Upotreba spiralnih kapilara eliminiše potrebu za laganom rashladnom opremom u sistemu.Kapilarni pritisak u velikoj meri zavisi od parametara geometrije kapilara, kao što su dužina, prosečni prečnik i rastojanje između njih.Ovaj članak se fokusira na uticaj dužine kapilara na performanse sistema.U eksperimentima su korištene tri kapilare različite dužine.Podaci za R152a su ispitani pod različitim uslovima da bi se procenio efekat različitih dužina.Maksimalna efikasnost se postiže pri temperaturi isparivača od -12°C i dužini kapilare od 3,65 m.Rezultati pokazuju da se performanse sistema povećavaju sa povećanjem dužine kapilare na 3,65 m u odnosu na 3,35 m i 3,96 m.Stoga, kada se dužina kapilare poveća za određenu količinu, performanse sistema se povećavaju.Eksperimentalni rezultati uspoređeni su s rezultatima računske dinamike fluida (CFD).
Frižider je rashladni uređaj koji uključuje izolovanu pregradu, a rashladni sistem je sistem koji stvara efekat hlađenja u izolovanom odeljku.Hlađenje se definira kao proces odvođenja topline iz jednog prostora ili tvari i prijenosa te topline u drugi prostor ili tvar.Frižideri se danas široko koriste za čuvanje hrane koja se kvari na sobnoj temperaturi, kvarenje zbog rasta bakterija i drugih procesa je mnogo sporije u hladnjacima na niskim temperaturama.Rashladni fluidi su radni fluidi koji se koriste kao hladnjaci ili rashladna sredstva u rashladnim procesima.Rashladna sredstva prikupljaju toplinu isparavanjem na niskim temperaturama i tlaku, a zatim kondenziraju na višim temperaturama i tlaku, oslobađajući toplinu.Čini se da prostorija postaje hladnija jer toplina izlazi iz zamrzivača.Proces hlađenja odvija se u sistemu koji se sastoji od kompresora, kondenzatora, kapilarnih cijevi i isparivača.Frižideri su rashladna oprema koja se koristi u ovoj studiji.Frižideri su široko rasprostranjeni širom svijeta, a ovaj aparat je postao kućna potreba.Moderni frižideri su veoma efikasni u radu, ali istraživanja za poboljšanje sistema su još uvek u toku.Glavni nedostatak R134a je taj što nije poznato da je toksičan, ali ima vrlo visok potencijal globalnog zagrijavanja (GWP).R134a za kućne frižidere uključen je u Protokol iz Kjota Okvirne konvencije Ujedinjenih nacija o klimatskim promjenama1,2.Međutim, stoga, upotrebu R134a treba značajno smanjiti3.Sa ekološke, finansijske i zdravstvene tačke gledišta, važno je pronaći rashladna sredstva sa niskim globalnim zagrijavanjem4.Nekoliko studija je dokazalo da je R152a ekološki prihvatljivo rashladno sredstvo.Mohanraj et al.5 istraživali su teorijsku mogućnost korištenja R152a i ugljikovodičnih rashladnih sredstava u kućnim hladnjacima.Utvrđeno je da su ugljovodonici neefikasni kao samostalna rashladna sredstva.R152a je energetski efikasniji i ekološki prihvatljiviji od rashladnih sredstava koja se postupno ukidaju.Bolaji i drugi.6.Performanse tri ekološki prihvatljiva HFC rashladna sredstva su upoređena u parnom kompresijskom hladnjaku.Zaključili su da bi se R152a mogao koristiti u sistemima za kompresiju pare i mogao bi zamijeniti R134a.R32 ima nedostatke kao što su visoki napon i nizak koeficijent performansi (COP).Bolaji i dr.7 je testiralo R152a i R32 kao zamjenu za R134a u frižiderima za domaćinstvo.Prema studijama, prosječna efikasnost R152a je 4,7% veća od one kod R134a.Cabello et al.testiran R152a i R134a u rashladnoj opremi sa hermetičkim kompresorima.8. Bolaji i saradnici9 su testirali rashladno sredstvo R152a u rashladnim sistemima.Zaključili su da je R152a energetski najefikasniji, sa 10,6% manjim kapacitetom hlađenja po toni od prethodnog R134a.R152a pokazuje veći zapreminski kapacitet hlađenja i efikasnost.Chavhan et al.10 analizirali su karakteristike R134a i R152a.U istraživanju dva rashladna sredstva, R152a je utvrđeno da je energetski najefikasniji.R152a je 3,769% efikasniji od R134a i može se koristiti kao direktna zamjena.Bolaji et al.11 istraživali su različite rashladne tvari niskog GWP-a kao zamjene za R134a u rashladnim sistemima zbog njihovog nižeg potencijala globalnog zagrijavanja.Među procijenjenim rashladnim sredstvima, R152a ima najviše energetske performanse, smanjujući potrošnju električne energije po toni rashladnog sredstva za 30,5% u poređenju sa R134a.Prema autorima, R161 treba u potpunosti redizajnirati prije nego što se može koristiti kao zamjena.Mnogi domaći istraživači u oblasti hlađenja izveli su različite eksperimentalne radove kako bi poboljšali performanse rashladnih sistema sa niskim GWP-om i R134a kao nadolazeće zamjene u rashladnim sistemima12,13,14,15,16,17,18, 19, 20, 21, 22, 23 Baskaran et al.24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35 proučavali su performanse nekoliko ekološki prihvatljivih rashladnih sredstava i njihovu kombinaciju sa R134a kao potencijalnu alternativu za različita ispitivanja kompresije pare.Sistem.Tiwari et al.36 je koristilo eksperimente i CFD analizu da uporedi performanse kapilarnih cijevi s različitim rashladnim fluidima i promjerima cijevi.Za analizu koristite softver ANSYS CFX.Preporučuje se najbolji dizajn spiralne zavojnice.Punia et al.16 istraživali su uticaj dužine kapilare, prečnika i prečnika zavojnice na maseni protok LPG rashladnog sredstva kroz spiralni namotaj.Prema rezultatima studije, podešavanje dužine kapilare u rasponu od 4,5 do 2,5 m omogućava povećanje masenog protoka u prosjeku za 25%.Söylemez i saradnici 16 su izvršili CFD analizu pretinca svježine (DR) domaćeg frižidera koristeći tri različita turbulentna (viskozna) modela kako bi stekli uvid u brzinu hlađenja odjeljka za svježinu i distribuciju temperature u zraku i odjeljku tokom punjenja.Prognoze razvijenog CFD modela jasno ilustruju strujanje vazduha i temperaturna polja unutar FFC-a.
Ovaj članak govori o rezultatima pilot studije za određivanje performansi kućnih frižidera koji koriste rashladno sredstvo R152a, koje je ekološki prihvatljivo i nema rizik od potencijalnog oštećenja ozona (ODP).
U ovoj studiji, kao mjesta za ispitivanje odabrane su kapilare od 3,35 m, 3,65 m i 3,96 m.Zatim su sprovedeni eksperimenti sa rashladnim sredstvom R152a niskog globalnog zagrevanja i izračunati su radni parametri.Ponašanje rashladnog sredstva u kapilari je također analizirano korištenjem CFD softvera.Rezultati CFD-a su upoređeni s eksperimentalnim rezultatima.
Kao što je prikazano na slici 1, možete vidjeti fotografiju kućnog frižidera od 185 litara korištenog za istraživanje.Sastoji se od isparivača, hermetičkog klipnog kompresora i vazdušno hlađenog kondenzatora.Na ulazu kompresora, ulazu kondenzatora i izlazu isparivača postavljena su četiri manometra.Kako bi se spriječile vibracije tokom testiranja, ovi mjerači su montirani na ploču.Za očitavanje temperature termoelementa, sve žice termoelementa su povezane na skener termoelementa.Deset uređaja za mjerenje temperature postavljeno je na ulazu isparivača, usisu kompresora, pražnjenju kompresora, odeljku i ulazu frižidera, ulazu kondenzatora, odeljku zamrzivača i izlazu kondenzatora.Također se navodi potrošnja napona i struje.Mjerač protoka spojen na dio cijevi pričvršćen je na drvenu ploču.Snimci se čuvaju svakih 10 sekundi pomoću jedinice Human Machine Interface (HMI).Kontrolno staklo se koristi za provjeru ujednačenosti protoka kondenzata.
Za kvantifikaciju snage i energije korišten je ampermetar Selec MFM384 sa ulaznim naponom od 100–500 V.Sistemski servisni priključak je instaliran na vrhu kompresora za punjenje i punjenje rashladnog sredstva.Prvi korak je ispuštanje vlage iz sistema kroz servisni priključak.Da biste uklonili bilo kakvu kontaminaciju iz sistema, isperite ga dušikom.Sistem se puni pomoću vakuum pumpe, koja evakuiše jedinicu do pritiska od -30 mmHg.U tabeli 1 su navedene karakteristike testne opreme za kućne frižidere, a u tabeli 2 navedene su izmerene vrednosti, kao i njihov opseg i tačnost.
Karakteristike rashladnih sredstava koja se koriste u kućnim frižiderima i zamrzivačima prikazane su u tabeli 3.
Testiranje je sprovedeno prema preporukama ASHRAE Handbook 2010 pod sledećim uslovima:
Osim toga, za svaki slučaj, izvršene su provjere kako bi se osigurala ponovljivost rezultata.Sve dok radni uslovi ostaju stabilni, bilježe se temperatura, pritisak, protok rashladnog sredstva i potrošnja energije.Temperatura, pritisak, energija, snaga i protok se mjere kako bi se odredile performanse sistema.Pronađite efekat hlađenja i efikasnost za specifični maseni protok i snagu na datoj temperaturi.
Koristeći CFD za analizu dvofaznog toka u spiralnom namotaju kućnog frižidera, efekat dužine kapilara se može lako izračunati.CFD analiza olakšava praćenje kretanja čestica tečnosti.Rashladno sredstvo koje prolazi kroz unutrašnjost spiralnog namotaja analizirano je korištenjem programa CFD FLUENT.U tabeli 4 prikazane su dimenzije kapilarnih zavojnica.
FLUENT softverski simulator mreže će generisati model konstrukcije i mrežu (Slike 2, 3 i 4 prikazuju verziju ANSYS Fluent).Zapremina tečnosti cijevi se koristi za stvaranje granične mreže.Ovo je mreža korištena za ovu studiju.
CFD model je razvijen korištenjem ANSYS FLUENT platforme.Predstavljen je samo pokretni fluidni univerzum, pa je tok svake kapilarne serpentine modeliran u smislu prečnika kapilare.
GEOMETRY model je uvezen u ANSYS MESH program.ANSYS piše kod gdje je ANSYS kombinacija modela i dodatnih graničnih uslova.Na sl.4 prikazuje model pipe-3 (3962,4 mm) u ANSYS FLUENT-u.Tetraedarski elementi daju veću uniformnost, kao što je prikazano na slici 5. Nakon kreiranja glavne mreže, datoteka se pohranjuje kao mreža.Strana zavojnice naziva se ulaz, dok je suprotna strana okrenuta prema izlazu.Ova okrugla lica su sačuvana kao zidovi cijevi.Za izradu modela koriste se tekući mediji.
Bez obzira na to kako se korisnik osjeća o pritisku, odabrano je rješenje i 3D opcija.Formula za proizvodnju energije je aktivirana.
Kada se tok smatra haotičnim, on je vrlo nelinearan.Stoga je odabran K-epsilon protok.
Ako je odabrana alternativa koju je odredio korisnik, okruženje će biti: Opisuje termodinamička svojstva rashladnog sredstva R152a.Atributi obrasca se pohranjuju kao objekti baze podataka.
Vremenski uslovi ostaju nepromijenjeni.Određena je ulazna brzina, opisan je pritisak od 12,5 bara i temperatura od 45 °C.
Konačno, na petnaestoj iteraciji, rješenje se testira i konvergira na petnaestoj iteraciji, kao što je prikazano na slici 7.
To je metoda mapiranja i analize rezultata.Zacrtajte petlje podataka o pritisku i temperaturi koristeći Monitor.Nakon toga se određuju ukupni tlak i temperatura i opći temperaturni parametri.Ovi podaci pokazuju ukupan pad pritiska na zavojnicama (1, 2 i 3) na slikama 1 i 2. 7, 8 i 9 respektivno.Ovi rezultati su izvučeni iz odbjeglog programa.
Na sl.10 pokazuje promjenu efikasnosti za različite dužine isparavanja i kapilare.Kao što se može vidjeti, efikasnost raste sa povećanjem temperature isparavanja.Najveća i najniža efikasnost postignuta je pri dostizanju kapilarnih raspona od 3,65 m i 3,96 m.Ako se dužina kapilare poveća za određenu količinu, efikasnost će se smanjiti.
Promjena kapaciteta hlađenja zbog različitih nivoa temperature isparavanja i dužine kapilara prikazana je na sl.11. Kapilarni efekat dovodi do smanjenja rashladnog kapaciteta.Minimalni kapacitet hlađenja postiže se na tački ključanja od -16°C.Najveći kapacitet hlađenja uočen je kod kapilara dužine oko 3,65 m i temperature od -12°C.
Na sl.12 prikazuje zavisnost snage kompresora o dužini kapilare i temperaturi isparavanja.Dodatno, grafikon pokazuje da snaga opada sa povećanjem dužine kapilara i smanjenjem temperature isparavanja.Pri temperaturi isparavanja od -16 °C postiže se manja snaga kompresora s dužinom kapilare od 3,96 m.
Postojeći eksperimentalni podaci korišteni su za provjeru CFD rezultata.U ovom testu, ulazni parametri korišteni za eksperimentalnu simulaciju primjenjuju se na CFD simulaciju.Dobijeni rezultati se uspoređuju sa vrijednošću statičkog pritiska.Dobijeni rezultati pokazuju da je statički pritisak na izlazu iz kapilare manji nego na ulazu u cijev.Rezultati ispitivanja pokazuju da povećanjem dužine kapilare do određene granice smanjuje se pad pritiska.Pored toga, smanjeni statički pad pritiska između ulaza i izlaza kapilare povećava efikasnost rashladnog sistema.Dobijeni CFD rezultati se dobro slažu sa postojećim eksperimentalnim rezultatima.Rezultati ispitivanja prikazani su na slikama 1 i 2. 13, 14, 15 i 16. U ovom istraživanju korištene su tri kapilare različite dužine.Dužine cijevi su 3,35m, 3,65m i 3,96m.Uočeno je da se statički pad pritiska između kapilarnog ulaza i izlaza povećao kada je dužina cijevi promijenjena na 3,35 m.Također imajte na umu da se izlazni tlak u kapilari povećava s veličinom cijevi od 3,35 m.
Osim toga, pad tlaka između ulaza i izlaza kapilare opada kako se veličina cijevi povećava sa 3,35 na 3,65 m.Uočeno je da je pritisak na izlazu kapilare naglo opao na izlazu.Iz tog razloga, efikasnost raste sa ovom dužinom kapilara.Osim toga, povećanjem dužine cijevi sa 3,65 na 3,96 m ponovo se smanjuje pad tlaka.Uočeno je da na ovoj dužini pad pritiska pada ispod optimalnog nivoa.Ovo smanjuje COP hladnjaka.Stoga, petlje statičkog pritiska pokazuju da kapilara od 3,65 m pruža najbolje performanse u frižideru.Osim toga, povećanje pada pritiska povećava potrošnju energije.
Iz rezultata eksperimenta može se vidjeti da se kapacitet hlađenja rashladnog sredstva R152a smanjuje s povećanjem dužine cijevi.Prvi kalem ima najveći kapacitet hlađenja (-12°C), a treći namotaj ima najmanji kapacitet hlađenja (-16°C).Maksimalna efikasnost se postiže pri temperaturi isparivača od -12 °C i dužini kapilare od 3,65 m.Snaga kompresora opada sa povećanjem dužine kapilare.Ulazna snaga kompresora je maksimalna pri temperaturi isparivača od -12 °C i minimalna na -16 °C.Uporedite CFD i nizvodno očitavanje pritiska za dužinu kapilara.Vidi se da je situacija ista u oba slučaja.Rezultati pokazuju da se performanse sistema povećavaju kako se dužina kapilare povećava na 3,65 m u odnosu na 3,35 m i 3,96 m.Stoga, kada se dužina kapilare poveća za određenu količinu, performanse sistema se povećavaju.
Iako će primjena CFD-a na termo i elektrane poboljšati naše razumijevanje dinamike i fizike operacija termičke analize, ograničenja zahtijevaju razvoj bržih, jednostavnijih i jeftinijih CFD metoda.To će nam pomoći da optimiziramo i dizajniramo postojeću opremu.Napredak u CFD softveru će omogućiti automatizovani dizajn i optimizaciju, a kreiranje CFD-a preko Interneta će povećati dostupnost tehnologije.Svi ovi napretci će pomoći da CFD postane zrelo polje i moćan inženjerski alat.Stoga će primjena CFD-a u toplinskoj tehnici u budućnosti postati šira i brža.
Tasi, WT Opasnosti po životnu sredinu i pregled izloženosti ugljovodoniku (HFC) i riziku od eksplozije.J. Chemosphere 61, 1539–1547.https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2005.03.084 (2005).
Johnson, E. Globalno zagrijavanje zbog HFC-a.srijeda.Procjena uticaja.otvoren 18, 485-492.https://doi.org/10.1016/S0195-9255(98)00020-1 (1998).
Mohanraj M, Jayaraj S i Muralidharan S. Komparativna procjena ekološki prihvatljivih alternativa rashladnom sredstvu R134a u frižiderima za domaćinstvo.energetske efikasnosti.1(3), 189–198.https://doi.org/10.1007/s12053-008-9012-z (2008).
Bolaji BO, Akintunde MA i Falade, Komparativna analiza performansi tri HFC rashladna sredstva koja su pogodna za ozon u parnim kompresijskim frižiderima.http://repository.fuoye.edu.ng/handle/123456789/1231 (2011).
Bolaji BO Eksperimentalna studija R152a i R32 kao zamjene za R134a u kućnim frižiderima.Energy 35(9), 3793–3798.https://doi.org/10.1016/j.energy.2010.05.031 (2010).
Cabello R., Sanchez D., Llopis R., Arauzo I. i Torrella E. Eksperimentalno poređenje rashladnih sredstava R152a i R134a u rashladnim jedinicama opremljenim hermetičkim kompresorima.interni J. Frižider.60, 92–105.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2015.06.021 (2015).
Bolaji BO, Juan Z. i Borokhinni FO Energetska efikasnost ekološki prihvatljivih rashladnih sredstava R152a i R600a kao zamena za R134a u rashladnim sistemima parne kompresije.http://repository.fuoye.edu.ng/handle/123456789/1271 (2014).
Chavkhan, SP i Mahajan, PS Eksperimentalna evaluacija efikasnosti R152a kao zamjene za R134a u parnim kompresijskim rashladnim sistemima.interni J. Department of Defense.projekat.rezervoar za skladištenje.5, 37–47 (2015).
Bolaji, BO i Huang, Z. Studija o efikasnosti nekih hidrofluorougljičnih rashladnih sredstava s niskim globalnim zagrijavanjem kao zamjene za R134a u rashladnim sistemima.J. Ing.Termofizičar.23(2), 148-157.https://doi.org/10.1134/S1810232814020076 (2014).
Hashir SM, Srinivas K. i Bala PK Energetska analiza HFC-152a, HFO-1234yf i HFC/HFO mješavine kao direktne zamjene za HFC-134a u kućnim frižiderima.Strojnicky Casopis J. Mech.projekat.71(1), 107-120.https://doi.org/10.2478/scjme-2021-0009 (2021).
Logeshwaran, S. i Chandrasekaran, P. CFD analiza prirodnog konvektivnog prijenosa topline u stacionarnim kućnim frižiderima.IOP sesija.TV serija Alma mater.nauku.projekat.1130(1), 012014. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1130/1/012014 (2021).
Aprea, C., Greco, A., i Maiorino, A. HFO i njegova binarna mješavina sa HFC134a kao rashladnim sredstvom u kućnim frižiderima: energetska analiza i procjena uticaja na životnu sredinu.Nanesite temperaturu.projekat.141, 226-233.https://doi.org/10.1016/j.appltheraleng.2018.02.072 (2018).
Wang, H., Zhao, L., Cao, R., i Zeng, W. Zamjena rashladnog sredstva i optimizacija pod ograničenjima smanjenja emisije gasova staklene bašte.J. Pure.proizvod.296, 126580. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.126580 (2021).
Soilemez E., Alpman E., Onat A. i Hartomagioglu S. Predviđanje vremena hlađenja kućnih frižidera sa termoelektričnim sistemom hlađenja korišćenjem CFD analize.interni J. Frižider.123, 138-149.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2020.11.012 (2021).
Missowi, S., Driss, Z., Slama, RB i Chahuachi, B. Eksperimentalna i numerička analiza spiralnih spiralnih izmjenjivača topline za kućne hladnjake i grijanje vode.interni J. Frižider.133, 276-288.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2021.10.015 (2022).
Sánchez D., Andreu-Naher A., Calleja-Anta D., Llopis R. i Cabello R. Procjena energetskog utjecaja različitih alternativa rashladnom sredstvu s niskim GWP R134a u rashladnim uređajima za napitke.Eksperimentalna analiza i optimizacija čistih rashladnih sredstava R152a, R1234yf, R290, R1270, R600a i R744.konverzija energije.vladati.256, 115388. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115388 (2022).
Boričar, SA i dr.Studija slučaja eksperimentalne i statističke analize potrošnje energije kućnih frižidera.aktuelno istraživanje.temperatura.projekat.28, 101636. https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101636 (2021).
Soilemez E., Alpman E., Onat A., Yukselentürk Y. i Hartomagioglu S. Numerička (CFD) i eksperimentalna analiza hibridnog kućnog frižidera koji uključuje termoelektrične i parne kompresijske sisteme za hlađenje.interni J. Frižider.99, 300–315.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2019.01.007 (2019).
Majorino, A. et al.R-152a kao alternativno rashladno sredstvo R-134a u kućnim frižiderima: Eksperimentalna analiza.interni J. Frižider.96, 106-116.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2018.09.020 (2018).
Aprea C., Greco A., Maiorino A. i Masselli C. Mješavina HFC134a i HFO1234ze u kućnim frižiderima.interni J. Hot.nauku.127, 117-125.https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2018.01.026 (2018).
Bascaran, A. i Koshy Matthews, P. Poređenje performansi rashladnih sistema parne kompresije koji koriste ekološki prihvatljiva rashladna sredstva sa niskim potencijalom globalnog zagrijavanja.interna J. Science.rezervoar za skladištenje.pustiti.2(9), 1-8 (2012).
Bascaran, A. i Cauchy-Matthews, P. Termička analiza parnokompresionih rashladnih sistema koristeći R152a i njegove mješavine R429A, R430A, R431A i R435A.interna J. Science.projekat.rezervoar za skladištenje.3(10), 1-8 (2012).
Vrijeme objave: Jan-14-2023